CN210724320U - 不间断应急电源装置 - Google Patents

Abstract

一种不间断应急电源装置，包括依次连接的飞轮式电源设备、发电机及动力源，高效优质、安全提供不间断应急电源装置。本实用新型不间断应急电源装置相对于现有技术，具有如下优势：彻底避免了使用蓄电池带来的环境污染问题；它运行可靠，不会出现爆炸以及火灾等危险；它可以用于较大功率（兆瓦级）电源；设备整体性好，防护等级可以做到IP65，可以适用于多种恶劣环境。

Description

不间断应急电源装置

技术领域

本实用新型涉及电学领域，特别是一种不间断应急电源装置。

背景技术

电是工农业生产和人民日常生活一刻也离不开的。电力的供应需要通过输电线路，而一旦输电线路因一些不可预知的因素，出现故障时，就可能造成停电、断电。然而有一些地方是不可以瞬间断电的，如医院、银行、自动化生产工厂、网络通讯设施、以及一些军事部门等。因此，就有了“不间断电源”。而现在的不间断电源装置，都是使用蓄电池来为断电瞬间补充能源的。这种方法有诸多缺陷：蓄电池体积较大，占地面积大，重量大，特别是对于大功率电源，尤其不方便。第二，蓄电池如果使用维护不当，有发生短路，进而发生爆炸和火灾的可能。第三，蓄电池无论是酸性，或者碱性，都会对环境造成污染。第四，本身工作环境要求高，维护成本高，使用周期短（3~5年）。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种解决上述技术问题的不间断应急电源装置。

为解决上述技术问题，本实用新型不间断应急电源装置，包括依次连接的飞轮式电源设备、发电机及动力源；

所述飞轮式电源设备包括：基座，所述基座为中空结构；外转子传动轴，所述外转子传动轴穿设于所述基座的一端；外转子，所述外转子设置在所述基座内，所述外转子的一端与所述外转子传动轴连接，所述外转子的另一端与所述基座的另一端连接；飞轮轴，所述飞轮轴设置在所述基座内，所述飞轮轴的一端与所述外转子传动轴异轴同心连接，所述飞轮轴的另一端与所述外转子的另一端异轴同心连接；飞轮，所述飞轮设置在所述飞轮轴上，所述飞轮位于所述外转子内；内外转子耦合度控制机构，所述内外转子耦合度控制机构设置在所述基座的一端，所述内外转子耦合度控制机构与所述外转子传动轴连接；补能机构，所述补能机构设置在所述基座的另一端，所述补能机构与飞轮轴连接。

其特征在于，所述内外转子耦合度控制机构包括：

控制壳，所述控制壳设置在所述基座的一端；

控制发电机转子，所述控制发电机转子设置在所述控制壳内，所述控制发电机转子设置在所述外转子传动轴上；

控制发电机定子，所述控制发电机定子设置在所述控制壳内，所述控制发电机定子与所述控制发电机转子对应。

所述补能机构包括：

补能壳，所述补能壳设置在所述基座的另一端；

补能电机转子，所述补能电机转子设置在所述补能壳内，所述补能电机转子设置在所述飞轮轴上；

补能电机定子，所述补能电机定子设置在所述补能壳内，所述补能电机定子与所述补能电机转子对应。

在所述外转子与所述飞轮轴之间、所述外转子与所述基座之间设有轴承。

所述发电机与所述动力源通过自动离合器连接，所述自动离合器包括：

外套，在所述外套的一侧设有沉槽；离合槽，所述离合槽设置在所述外套的内壁上；离合棒，所述离合棒设置在所述离合槽内；芯座，所述芯座设置在所述沉槽内；芯柱，所述芯柱与所述芯座连接；

所述离合槽的顶面为斜面，所述离合槽的斜面与所述芯座的外圆的切线方向之间的夹角a为30度；

所述离合槽的底面设有离合口，所述离合口的尺寸小于所述离合棒的外直径；

所述离合槽的数量为三个，三个所述离合槽均匀布置在所述外套的内壁上；

在所述芯座与所述外套之间设有轴承；

在所述芯柱的内壁上设有键槽。

所述发电机与电抗器并连，所述电抗器包括：

上铁轭；下铁轭，下铁轭与上铁轭间隔设置；铁芯单元，铁芯单元设置在下铁轭与上铁轭之间，铁芯单元的两端分别与下铁轭及上铁轭连接；其中铁芯单元包括：上段铁芯柱，上段铁芯柱的一端与上铁轭连接，上段铁芯柱的另一端向着下铁轭延伸；下段铁芯柱，下段铁芯柱的一端与下铁轭连接，下段铁芯柱的另一端向着上铁轭延伸；中段铁芯柱，中段铁芯柱设置在上段铁芯柱与下段铁芯柱之间；线圈，线圈包裹在上段铁芯柱、中段铁芯柱及下段铁芯柱的外侧，线圈位于下铁轭与上铁轭之间；

在所述上段铁芯柱与所述中段铁芯柱之间及所述下段铁芯柱与所述中段铁芯柱之间存在气隙；

在所述气隙内设有垫块；

所述铁芯单元的材质为导磁材料硅钢。

本实用新型不间断应急电源装置相对于现有技术，具有如下优势：彻底避免了使用蓄电池带来的环境污染问题；它运行可靠，不会出现爆炸以及火灾等危险；它可以用于较大功率（兆瓦级）电源；设备整体性好，防护等级可以做到IP65，可以适用于多种恶劣环境。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征目的和优点将会变得更明显。

图1为本实用新型的不间断应急电源装置结构示意图；

图2为本实用新型中的飞轮式电源设备结构示意图。

图3为本实用新型中的自动离合装置侧剖图；

图4为图1的A-A面图；

图5为本实用新型中的离合槽结构示意图；

图6为本实用新型中的自动离合装置工作示意图一；

图7为本实用新型中的自动离合装置工作示意图二；

图8为本实用新型中的电抗器结构示意图；

图9为图8的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型不间断应急电源装置作进一步详细说明。

如图1～图9所示，本实用新型不间断应急电源装置包括依次连接的飞轮式电源设备13、发电机11及动力源14。

其中飞轮式电源设备13采用飞轮储能和实现能量转换。主要由设备基座1、外转子2、储能飞轮3、耦合控制发电机定子4、耦合控制发电机转子5、高速（补能）电机定子6、高速（补能）电机转子7、飞轮轴8、外转子传动轴12以及轴承9组成。

飞轮3通过飞轮轴8与高速（补能）电机转子7连接，也就是高速（补能）电机转子7与飞轮3、飞轮轴8成为一体。它由两端的轴承9支撑，被放置在外转子2内部。外转子2和外转子传动轴12与耦合控制发电机转子5连接在一起，成为一体，由两端的轴承9支撑，被安放在设备基座1内，并且可以通过联轴器10和发电机11相连接。而高速（补能）电机定子6，耦合控制发电机定子4则安装在设备基座1上。

设备工作时，飞轮3由高速（补能）电机驱动，使其转速达到约4000r/min。由于飞轮3具有较大的转动惯量，在高速运转时就储存了较大的动能。外转子2通过联轴器10与发电机11连接，发电机11与网络电源连接，在网络正常供电时，发电机11处于电动机运行状态，它的转速保持在1500r/min（4极发电机的额定转速），且与飞轮3的旋转方向相同。网络停电时，在主控制器的控制下，外转子2与飞轮3产生电磁耦合力。飞轮3储存的动能通过外转子2向发电机释放（带动发电机转子发电）。

发电机11与动力源14通过自动离合器15连接，自动离合器15的自动离合器芯柱25与发电机轴连接，外套21通过“联轴器孔”与柴油机的联轴器相连接。同时，在芯座26与外套21之间设有轴承29，在芯柱25的内壁上设有键槽30。

芯柱25和外套21旋转方向相同。如图中n1、n2所示（n1表示柴油机转速；n2表示发电机转速）。自动离合器外套21的内壁上，沿圆周开有三个成120度分布的离合槽23，每个离合槽23内放有一个离合棒24。芯座26与外套21二者的关联就依靠放置在“离合槽23”里的“离合棒24”来实现。

芯座26设置在外套21的沉槽22内，离合槽23的顶面27有一个“离合槽斜面”，该斜面与芯座26外圆的切线方向成一个小于30度的夹角a。离合槽23靠近内圆面有一个离合口28，此离合口28的宽度，最大尺寸要略小于离合棒24的直径，而且还不影响离合棒24在离合槽23内自由活动。

作用原理：当发电机的转速和柴油机的转速相同时，也就是n1=n2时，自动离合器芯座26和外套21处于相对静止状态。此时离合棒24在离合槽23内处于“自由状态”。而当柴油机转速高于发电机转速时，也就是n1>n2时，芯座26与外套21就有一个位移，相当于离合器外套21按顺时针方向运动，此时，离合棒24会因为二者相对位移被卡在离合槽23的斜顶面27和芯座26外圆面之间。这样离合器就实现闭合连接。

当柴油机转速低于发电机转速时，也就是n1<n2时，芯座26与外套21也有一个位移，相当于离合器外套21按逆时针方向运动，这样离合棒24就会脱开离合槽23和芯座26外表面形成的夹角。芯座26和外套21实现分离。

重力作用的影响：由于离合棒24在离合槽23内有一定的活动空间，它所处的位置会受到重力的影响，比如当一个离合槽23旋转到“斜面”在上，离合棒24在下时，这个离合槽23的“离合作用”就会因受到重力的作用而影响离合效果。但是，因为在圆周面上按圆周120度分布了三个“离合槽23”，所以，虽然其中的一个受到重力影响，但还有两个可以不受影响而正常工作。

电抗器包括间隔设置的上铁轭41和下铁轭42，在下铁轭42与上铁轭41之间连接有三个间隔设置的铁芯单元，铁芯单元包括：上段铁芯柱43、中段铁芯柱44和下段铁芯柱45；上段铁芯柱43的一端与上铁轭41连接，上段铁芯柱43的另一端向着下铁轭42延伸；下段铁芯柱45的一端与下铁轭42连接，下段铁芯柱45的另一端向着上铁轭41延伸；中段铁芯柱44设置在上段铁芯柱43与下段铁芯柱45之间。在上段铁芯柱43与中段铁芯柱44之间及下段铁芯柱45与中段铁芯柱44之间存在气隙46。在气隙46内设有垫块47。线圈48包裹在上段铁芯柱43、中段铁芯柱44及下段铁芯柱45的外侧、位于下铁轭42与上铁轭41之间。

电抗器设计为带有分接抽头结构，可以方便电感量的调节。有利于获得不同的电抗率，借以达到更好的消除谐波的效果。电抗器设有铁芯（铁芯单元），铁芯单元的上段铁芯柱43、中段铁芯柱44和下段铁芯柱45是用导磁材料硅钢片制成。作用是起到导磁作用。与普通电抗器不同的是，它们中间留有空气气隙46。由于空气的导磁率远低于硅钢片，因此它可以改变整个磁路的导磁性能，使得整个磁路不会因线圈内电流有大的变化时，而引起磁通量的过快变化。可以减小因电流变化过大而引起的电感量（电抗值）的变化。

工作时，把电抗器与同步发电机串联，接入供电线路中。本实用新型串联在网络电路中，同步电机通过电抗器分接抽头与电抗器连接。电路相当于T型滤波电路。

在交流电路中，按电流、电压的相位看，如果电流超前于电压，就表现为容性，如果电流滞后于电压，就表现为感性。在电路中，本实用新型呈现感性，而同步电机则有两种运行状态：同步发电机在吸收电网能量，做电动机运行时，电机运行在过励磁状态，呈现为容性；当E0<U时，电机运行在欠励磁状态，呈现为感性。

动力源14与发电机通过自动离合器连链接，动力源14包括：

动力源14选用快速启动柴油机（5~6秒之内启动）。

柴油机自带启动电瓶。

设有保证柴油机机体保持在45℃以上的水温加热器和机油温度加热器的装置。

设有定时运行柴油机润滑机油并加压的装置，保证机油润滑机体内所有需要润滑的部件。

设有降低“不间断应急电源装置”噪音的隔音装置，保证机房噪音在68分贝以下。

采用安全可靠稳定的控制系统，包含柴油机的控制，飞轮储能发电装置的控制等。

以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种不间断应急电源装置，其特征在于，包括依次连接的飞轮式电源设备、发电机及动力源；

所述飞轮式电源设备包括：基座，所述基座为中空结构；外转子传动轴，所述外转子传动轴穿设于所述基座的一端；外转子，所述外转子设置在所述基座内，所述外转子的一端与所述外转子传动轴连接，所述外转子的另一端与所述基座的另一端连接；飞轮轴，所述飞轮轴设置在所述基座内，所述飞轮轴的一端与所述外转子传动轴异轴同心连接，所述飞轮轴的另一端与所述外转子的另一端异轴同心连接；飞轮，所述飞轮设置在所述飞轮轴上，所述飞轮位于所述外转子内；内外转子耦合度控制机构，所述内外转子耦合度控制机构设置在所述基座的一端，所述内外转子耦合度控制机构与所述外转子传动轴连接；补能机构，所述补能机构设置在所述基座的另一端，所述补能机构与飞轮轴连接。

2.根据权利要求1所述的不间断应急电源装置，其特征在于，所述内外转子耦合度控制机构包括：

控制壳，所述控制壳设置在所述基座的一端；

控制发电机转子，所述控制发电机转子设置在所述控制壳内，所述控制发电机转子设置在所述外转子传动轴上；

控制发电机定子，所述控制发电机定子设置在所述控制壳内，所述控制发电机定子与所述控制发电机转子对应。

3.根据权利要求1所述的不间断应急电源装置，其特征在于，所述补能机构包括：

补能壳，所述补能壳设置在所述基座的另一端；

补能电机转子，所述补能电机转子设置在所述补能壳内，所述补能电机转子设置在所述飞轮轴上；

补能电机定子，所述补能电机定子设置在所述补能壳内，所述补能电机定子与所述补能电机转子对应。

4.根据权利要求1所述的不间断应急电源装置，其特征在于，在所述外转子与所述飞轮轴之间、所述外转子与所述基座之间设有轴承。

5.根据权利要求1所述的不间断应急电源装置，其特征在于，所述发电机与所述动力源通过自动离合器连接，所述自动离合器包括：

外套，在所述外套的一侧设有沉槽；离合槽，所述离合槽设置在所述外套的内壁上；离合棒，所述离合棒设置在所述离合槽内；芯座，所述芯座设置在所述沉槽内；芯柱，所述芯柱与所述芯座连接；

所述离合槽的顶面为斜面，所述离合槽的斜面与所述芯座的外圆的切线方向之间的夹角a为30度；

所述离合槽的底面设有离合口，所述离合口的尺寸小于所述离合棒的外直径；

所述离合槽的数量为三个，三个所述离合槽均匀布置在所述外套的内壁上；

在所述芯座与所述外套之间设有轴承；

在所述芯柱的内壁上设有键槽。

6.根据权利要求1所述的不间断应急电源装置，其特征在于，所述发电机与电抗器并连，所述电抗器包括：

上铁轭；下铁轭，下铁轭与上铁轭间隔设置；铁芯单元，铁芯单元设置在下铁轭与上铁轭之间，铁芯单元的两端分别与下铁轭及上铁轭连接；其中铁芯单元包括：上段铁芯柱，上段铁芯柱的一端与上铁轭连接，上段铁芯柱的另一端向着下铁轭延伸；下段铁芯柱，下段铁芯柱的一端与下铁轭连接，下段铁芯柱的另一端向着上铁轭延伸；中段铁芯柱，中段铁芯柱设置在上段铁芯柱与下段铁芯柱之间；线圈，线圈包裹在上段铁芯柱、中段铁芯柱及下段铁芯柱的外侧，线圈位于下铁轭与上铁轭之间；

在所述上段铁芯柱与所述中段铁芯柱之间及所述下段铁芯柱与所述中段铁芯柱之间存在气隙；

在所述气隙内设有垫块；

所述铁芯单元的材质为导磁材料硅钢。

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